【杂谈】Godot 游戏开发：有限状态机

学博而后可约，事历而后知要。

文章目录

零、引言
一、有限状态机
二、如何实现
- （一）状态基类
- （二）状态管理器类
- （三）新增状态
- （四）具体实例

零、引言

假设你正在编写玩家角色控制逻辑：当未按下方向键时保持空闲状态，一旦触发方向键输入就切换为移动状态，而按下跳跃键时则执行跳跃动作。这样的代码逻辑该如何实现呢？
三态转换
一个常规思路是采用多重if-else条件判断结构——对于简单的应用场景，这种实现方式的确可行。但想要在此基础上扩展更多状态（如滑墙、二段跳、翻滚等），问题出现了，多个状态相互耦合，形成了网状结构。代码将不可避免地陷入条件嵌套的泥潭，变得臃肿复杂，难以维护。

六态转换
为了解决状态间复杂的一对多关联问题，避免状态之间的高度耦合，简化系统结构。故引入了“状态管理器”来封装和协调多个状态之间的转换，从而降低状态间的耦合度，而这就是——“有限状态机”。

一、有限状态机

在引入了“状态管理器”封装一系列状态之间的交互后，从一个状态到另一个状态的转换必须经过状态管理器。当前的结构更加清晰，状态间错综复杂的网状结构得以消解，多个状态间的一对多关系，被转换成状态与状态管理器间的一对一关系。这也符合了迪米特原则： 状态只需知道状态管理器，不需要知道其他状态。

新状态结构
现在，当玩家在空闲状态中按下方向键时，该状态将立即发射包含“目标状态”的上下文。状态管理器接收后，将变更当前状态为目标状态，并执行目标状态的行为。

空闲->行走
这使得各状态之间不再需要显式地相互引用，降低了彼此的耦合度，便于增减状态。

二、如何实现

有限状态机的核心由 状态基类（State）和 状态管理器（StateMachine）构成，二者通过信号机制实现解耦。

（一）状态基类

作为所有具体状态（如空闲、行走、跳跃等）的抽象基类：

class_name State
extends Node
## 状态基类
## 用于状态模式中表示一个状态，子类应继承此类并实现具体状态逻辑@warning_ignore("unused_signal")
signal transition  # 当前状态发出转换信号

进入/退出状态；

# 状态进入时回调
# 当状态到此状态时自动调用，用于初始化状态相关逻辑
func _on_enter() -> void:pass# 状态退出时回调
# 当状态机切换出此状态时自动调用，用于清理状态相关资源
func _on_exit() -> void:pass

状态行为逻辑；

# 状态处理函数（每帧调用）
func _on_process(_delta : float) -> void:pass# 物理处理函数（固定时间步长调用）
func _on_physics_process(_delta : float) -> void:pass

信号驱动。

# 状态转换条件检测（由状态管理器定期调用）
func _on_next_transitions() -> void:pass

（二）状态管理器类

状态管理器负责协调各状态转换。

class_name StateMachine
extends Node
## 状态管理器类@export var initial_state : State  # 初始状态var states : Dictionary = {}  # 状态
var current_state : State  # 当前状态
var current_state_name : String  # 当前状态名
var parent_name: String

初始化；

func _ready() -> void:parent_name = get_parent().name# 获取状态管理器下所有状态# 加入字典、连接信号for child in get_children():if child is State:states[child.name.to_lower()] = childchild.transition.connect(transition_to)# 进入初始状态if initial_state:initial_state._on_enter()current_state = initial_statecurrent_state_name = current_state.name.to_lower()

执行当前状态下的行为逻辑；

# _process 和 _physics_process
# 执行当前状态的行为（如空闲：播放空闲动画）
func _process(delta : float) -> void:if current_state:current_state._on_process(delta)func _physics_process(delta: float) -> void:if current_state:current_state._on_physics_process(delta)current_state._on_next_transitions()#print(parent_name, " Current State: ", current_state_name)

监听状态转换信号，变更当前状态。

# 状态转变信号的回调函数
# 状态转换
func transition_to(state_name : String) -> void:if state_name == current_state.name.to_lower():returnvar new_state = states.get(state_name.to_lower())if !new_state:returnif current_state:current_state._on_exit()new_state._on_enter()current_state = new_statecurrent_state_name = current_state.name.to_lower()#print("Current State: ", current_state_name)